Veränderungen der Aminosäureprofile und bioaktiven Verbindungen von thailändischen Seidenkokons, wie sie durch Wasserextraktion beeinflusst werden Teil 1

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Abstrakt:Seidenproteine haben viele vorteilhafte Komponenten, einschließlich Proteine und Pigmente. Die Proteine - Sericin und Fibroin - wurden aufgrund ihrer guten physikalisch-chemischen Eigenschaften und biologischen Aktivitäten umfassend für medizinische Anwendungen untersucht. Verschiedene Kokonstämme weisen unterschiedliche Zusammensetzungen wie Aminosäureprofile und antioxidative Aktivität auf. Daher bestand das Ziel dieser Studie darin, eine geeignete Seidenproteinextraktionsmethode zu finden, um Produkte mit chemischen und biologischen Eigenschaften zu erhalten, die als funktionelle Lebensmittel in zwei Stämmen vonBombyxMori-Seidenkokon (Nangsew-Sorten; gelber Kokon) und Samia-ricini-Seidenkokon (Eri-Sorten; weißer Kokon), extrahiert durch Wasser bei 100°C für 2,4,6 und 8h. Die Ergebnisse zeigten, dass Nangsew-Stämme, die für 6h extrahiert wurden, die höchsten Mengen an Protein, Aminosäuren, Gesamtphenolen (TPC) und Gesamtflavonoiden (TFC) enthielten, plus DPPH-Radikalfängeraktivität, ABTS-Radikalfängerkapazität und eisenreduzierende antioxidative Kraft (FRAP),Anti-Glykation, α-Amylase undα-GlucosidaseHemmung. Die längere Extraktionszeit führte zu höheren Konzentrationen von Aminosäuren, was zu süßen und Umami-Geschmäckern in beiden Seidensorten beitrug. Es schien, dass die Bitterkeit mit zunehmender Extraktionszeit abnahm, was zu Verbesserungen der Süße und Umami von Seidenproteinextrakten führte.

Schlüsselwörter:Extraktion von Seidenprotein;Sericin; biologische Eigenschaften; Wassergewinnung;antioxidantien

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1. Einleitung

Seide ist eine natürliche Proteinfaser, die aus Seidenraupenkokons (Bombyx mori) hergestellt wird. Es besteht zu 70-80% aus einem zweibündeligen Faserprotein namens Fibroin und 20-30% aus einer amorphen Matrix eines wasserlöslichen globulären Proteins namens "Sericin", das als Kaugummi fungiert, um die beiden Fibroinfilamente miteinander zu verbinden [1]. Fibroin ist ein wasserunlösliches Protein, bestehend aus Schichten von Antiparallelβ-Blättern in den Naturfasern [2], zwei unpolare Aminosäuren, Glycin und Alanin, sind die Hauptaminosäurekomponenten von Fibroin. Die funktionellen Eigenschaften von Fibroin wurden in verschiedenen Bereichen wie Textilien, Tissue Engineering, Arzneimittelabgabe, Bildgebung und Sensorik für fortgeschrittene Anwendungen genutzt 13]. Sericin ist eine Familie von Kokonproteinen, die speziell in der mittleren Seidendrüse der Seidenraupe Bombyx mori synthetisiert werden; Sericin macht etwa 20-30% des gesamten Kokongewichts aus. Es ist bekannt, dass es biologische Funktionen wie antioxidative und Anti-Tyrosinase-Aktivitäten besitzt [4-6]. Auf der anderen Seite haben die Pigmente in Seidenkokons auch antioxidative Aktivitäten. Die Verbindungen in diesen Pigmenten hängen sowohl von der Nahrung der Larven (Maulbeerblätter, Maniokblätter usw.) ab. und die Seidenraupensorte beteiligt [7]. Es wurden Anstrengungen unternommen, um festzustellen, ob die Verwendung von Sericinproteinen, die aus dem Kokon von Seidenraupen extrahiert werden, für den menschlichen Verzehr von Vorteil sein kann. Eine der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Sericin ist seine antioxidative Aktivität. Kokonschalen variieren in der Farbe, d. H. Weiß, Grün, Gelb und Rot. Die Farbkomponenten koexistieren und reichern sich in der Sericinschicht von Kokons an. Unter den verschiedenfarbigen Kokons enthalten gelb-grüne Kokonschalen verschiedene Flavanolverbindungen mit antioxidativer Aktivität [8].

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Sericin ist ein wasserlösliches Protein. Wenn Sericin in einem polaren Lösungsmittel gelöst, in sauren oder alkalischen Lösungen hydrolysiert oder durch eine Protease abgebaut wird, hängt die Größe der resultierenden Sericinmoleküle von Faktoren wie Temperatur, pH-Wert und Verarbeitungszeit ab. Sericin kann aus Seide extrahiert werden, indem es vom Fibroin-Teil abgelöst wird. In der Vergangenheit galt Fibroin in der Seidenindustrie als nützlicher als Sericin. Daher muss das Sericin vor der Seidenspinnung mit einem Entschleimungsverfahren entfernt werden; Das entstehende Sericin wird im Abwasser entsorgt. Die Wiederherstellung von Sericin aus der Entschleimungslauge kann die Belastung des Abwassers verringern und so die Belastung durch Umweltabfälle reduzieren und gleichzeitig ein wertvolles Biopolymer mit unermesslich rentablen Eigenschaften liefern [9]. In den letzten zehn Jahren hat sich Sericin zu einer wertvollen kommerziellen Ressource in vielen Branchen entwickelt, wie z.B. in der Herstellung von Kosmetika und Pharmazeutika und Lebensmitteln sowie bei der Herstellung vieler funktioneller Biomaterialien [10]. Darüber hinaus hat sich Sericin auch als abbaubares Biomaterial, als biomedizinisches Material und als Polymerbasis für die Bildung von medizinischen Artikeln und funktionellen Membranen als nützlich erwiesen. Daher kann die Rückgewinnung von Sericin nicht nur die Umweltbelastung reduzieren, sondern auch Einnahmen als natürliches Wertschöpfungsmaterial in der Seidenproduktion generieren. Die traditionelle thailändische Extraktionsmethode zum Auflösen von Sericin aus dem Seidenkokon beinhaltet das Kochen von Kokons in heißem Wasser bei 80-100 ° C. Dieser Prozess ist jedoch zeitaufwendig. Daher ist eine geeignete Extraktionsmethode erforderlich, um die Ausbeute und Qualität des extrahierten Sericins zu erhöhen und gleichzeitig seine gesundheitsfördernden Eigenschaften unter Berücksichtigung der Entwicklung von funktionellen Lebensmitteln oder Nutraceuticals zu erhalten. In Thailand gibt es eine Reihe von Seidensorten, die angebaut werden, hauptsächlich im Nordosten Thailands. Es kann in zwei Arten eingeteilt werden, darunter traditionelle thailändische gelbe Seide (Bombyx mori; einheimische Sorte) und importierte weiße Seide (Samia ricini). Es fehlen jedoch Informationen über die chemische Zusammensetzung und die gesundheitsfördernden Eigenschaften von thailändischen Seidenkokonextrakten.

Ziel der Studie war es daher, eine verbesserte Seidenprotein-Extraktionsmethode für die Nangsew (gelb) und Eri (weiß) -Stämme zu entwickeln, wobei die chemischen und biologischen Eigenschaften der extrahierten Proteine erhalten bleiben. Die Untersuchungen umfassten die Auswirkungen verschiedener Extraktionszeiten auf Aminosäureprofile, den Gesamtgehalt an Phenolen und Flavonoiden sowie die biologischen Eigenschaften, die durch verschiedene Assays bewertet wurden. Zusätzlich wurden die Korrelationen zwischen diesen bioaktiven Verbindungen und biologischen Aktivitäten für jede Seidensorte untersucht. Von dieser Forschung wird erwartet, dass sie Informationen über die wichtigen Verbindungen im verarbeiteten Seidenprotein liefert, wodurch ein natürlicher Zusatzstoff auf Seidenbasis für funktionelle Lebensmittel entwickelt und wertvolle Nebenprodukte für den Verbrauchergebrauch bereitgestellt werden.

2. Ergebnisse und Diskussion

2.1.Der Einfluss der Extraktionszeit auf den Aminosäuregehalt von Seidenproteinextrakten (SPE)

Die SPE der beiden Seidenraupenstämme bestand aus allen zehn essentiellen Aminosäuren und acht nicht-essentiellen Aminosäuren, die in den Tabellen 1 und 2 dargestellt sind. Der Gehalt an essentiellen Aminosäuren in Nangsew-Stämmen war höher als in Eri-Stämmen (etwa 3% im Vergleich zu sechs Stunden). Die Aminosäurezusammensetzungen und -gehalte wurden mit längeren Extraktionszeiten verbessert, außer nach sechs Stunden in beiden Stämmen. Die Aminosäurezusammensetzungen unterschieden sich zwischen den Stämmen. Die drei Hauptaminosäuren von Seidenkokons waren Serin, Glycin und Threonin, wie sie in Nangsew-Sorten (Maulbeerlea war gegessen worden) und Eri-Stämmen (Maniokblatt war gegessen worden) gefunden wurden. Im Maulbeerblatt gab es Glycin, Alanin und Serin. Die Gesamtzusammensetzung der sauren Aminogruppen (d. h. Asparagin- und Glutaminsäuren) im Maulbeerstamm war größer als die der basischen Aminosäuren [11]. Dennoch sind sich alle Autoren einig, dass Serin die am häufigsten vorkommende Aminosäure ist, gefolgt von Asparaginsäure und Glycin. Ein weiterer Faktor bezieht sich auf die Organisation von Proteinen zwischen den Kokonschichten: äußere, mittlere und innere. Die äußere Schicht ist am besten löslich, währenddessen kann der an das Fibroin angrenzende Laver nur mit hohem Druck, hoher Temperatur oder alkalischen Verbindungen entfernt werden [12]. Bei diesen Behandlungen werden β-Blattstrukturen abgebaut und folglich das Protein denaturiert, wodurch seine Wasserlöslichkeit erhöht wird [13].

2.2.Der Einfluss der Extraktionszeit auf den Proteingehalt

Die längeren Extraktionszeiten lieferten Kokonextrakten mit höheren Proteingehalten für beide Stämme. Der SPE der Nangsew-Stämme ergab im Vergleich zu den Eri-Stämmen einen höheren Proteingehalt (Tabellen 1 und 2). Die Proteinkonzentration zeigte einen deutlichen Anstieg mit längeren Extraktionszeiten; Die längste Extraktionszeit von acht Stunden lieferte die höchsten Proteinkonzentrationen. Die Proteinlöslichkeit wird durch die Zusammensetzung und Sequenz von Aminosäuren, das Molekulargewicht sowie die Konformation und den Gehalt von polaren und unpolaren Gruppen von Aminosäuren beeinflusst. Es ist wichtig, unser Wissen über die Zusammensetzung und Konformation von Proteinen in vollem Umfang zu nutzen, einschließlich hydrophober und hydrophiler Eigenschaften, die die Proteinlöslichkeit beeinflussen. Die Proteinlöslichkeit wird auch von Umweltfaktoren beeinflusst: Ionenstärke, Art des Lösungsmittels, pH-Wert, Temperatur und Verarbeitungsbedingungen. Ein Zusammenhang zwischen Proteinlöslichkeit und -struktur wurde nicht nachgewiesen [14]. Die Protein-Protein-Interaktion in einem wässrigen Medium wird durch hydrophobe Wechselwirkungen zwischen den unpolaren Gruppen auf dem Protein beschleunigt. Wenn ein Protein denaturiert wird, werden sekundäre und tertiäre Strukturen verändert, aber die Peptidbindungen der primären Struktur zwischen den Aminosäuren bleiben intakt. Da alle strukturellen Ebenen eines Proteins seine Funktion bestimmen, kann das Protein seine Funktion nicht mehr erfüllen, nachdem es denaturiert wurde. Dies steht im Gegensatz zu intrinsisch unstrukturierten Proteinen, die in ihrem nativen Zustand entfaltet werden, aber immer noch funktionell aktiv sind und dazu neigen, sich bei Bindung an ihr biologisches Ziel zu falten [15].

2.3. Der Einfluss der Extraktionszeit auf den Beitrag von Aminosäuren zum Geschmack

Jede Aminosäure hat ihren eigenen einzigartigen Geschmack. Alanin, Glycin und Serin schmecken süß, während Arginin, Phenylalanin, Histidin, Valin, Tryptophan, Isoleucin und Leucin einen bitteren Geschmack haben und Glutaminsäure und Asparaginsäure Umami sind[16]. Die Ergebnisse des Aminosäuregehalts in den Tabellen 1 und 2 wurden verwendet, um die Verteilung der drei Geschmackskategorien von SPE für beide Seidensorten zu bewerten, wobei der Verteilungswert wie in Abbildung 1 dargestellt angegeben wurde. Die längere Extraktionszeit verursachte die höheren Konzentrationen von Aminosäurebeiträgen zum süßen und Umami-Geschmack in beiden Seidensorten. Es scheint, dass die Bitterkeit mit zunehmender Extraktionszeit abnimmt, was zu Verbesserungen der Süße und Umami führt, wenn man Nangsew-Sorten mit Eri-Stämmen vergleicht; Eri-Sorten enthielten einen süßeren Geschmack als Nangsew-Sorten. Eine ordnungsgemäße sensorische Bewertung kann jedoch erforderlich sein, wenn diese Anwendung als Getränk für den Menschen verwendet wird.

2.4. Auswirkungen der Extraktionszeit auf den Gesamtphenolgehalt und den Gesamtflavonoidgehalt

Eine Extraktionszeit von sechs Stunden führte im Vergleich zu anderen Zeiten zu dem höchsten Gesamtphenolgehalt (TPC) und dem höchsten Gesamtflavonoidgehalt (TFC) und stieg bis zu sechs Stunden an, danach kam es zu einer kleinen, aber signifikanten Abnahme (Tabelle 3). SPE der Nangsew-Stämme und Eri-Stämme für die Extraktionszeit von sechs Stunden lieferte die TPC-Werte von 79 und 32 bzw. TFC-Werte von 47 bzw. 13 mg GAE/g DW. Die TPC- und TFC-Gehalte waren in den Nangsew-Stämmen am höchsten, was wahrscheinlich erklärt, warum die Nangsew-Stämme, insbesondere der Gelb-Kokon-Typ, erhebliche Mengen an Pigmenten enthalten, die hauptsächlich mit Carotinoiden und Flavonoiden assoziiert sind. Diese polyphenolischen Verbindungen sind am häufigsten für ihre antioxidativen Eigenschaften und andere vielfältige biochemische Funktionen wie Anti-Tyrosinase, Anti-Allergie oder entzündungshemmende Aktivitäten bekannt [17]. Normalerweise koexistieren Pigmente und reichern sich in den Schichten des Kokons an. Die Komponenten, die Seidenkokons Farbe verleihen, sind mit den phenolischen Verbindungen aus Maulbeerblättern verbunden, der einzigen Nahrung für B.mori-Larven, während der Gehalt an Kokon-Farbkomponenten je nach Seidenraupenstämmen variiert. Es gibt mehrere einheimische Sorten von Seidenraupen in Thailand mit verschiedenen Farben ihrer Kokonschalen. Die häufigste einheimische thailändische Seide ist Nangnoi (gelbe Kokonschale), bei der festgestellt wurde, dass sie mehrere Flavonoide wie c-Prolinylquercetine enthält, während andere thailändische Seidenkokons weiße und samtgrüne Schalen haben [18]. Es wurde festgestellt, dass sich die Arten und Mengen von Flavonoiden in Seidenkokons genetisch unterscheiden [19].

2.5.Die Auswirkungen auf die DPPH-Radikalfängeraktivität, ABTS+ und FRAP-Assay

DPPH-Radikale werden häufig verwendet, um die radikalische Fängeraktivität von antioxidativen Verbindungen zu untersuchen. Im Allgemeinen wirken antioxidative Moleküle als H-Atom-Donatoren, um die DPPH-Radikale zu stabilisieren. Die Aasaktivität der SPE wird durch eine prozentuale Hemmung angezeigt. Die Extraktionszeit nach sechs Stunden Extraktion lieferte im Vergleich zu anderen Zeiten die höchste DPPH-Radikalfängeraktivität; die Aktivitätswerte stiegen bis zu sechs Stunden an, danach nahmen sie ab (Tabelle 3). Die höchste Hemmung wurde bei den Nangsew-Stämmen gefunden. Die Nangsew-Sorte frisst Maulbeerblätter als Nahrung; Diese Diät könnte ihre antioxidativen Aktivitätseigenschaften aufgrund der ausgezeichneten antioxidativen Aktivitäten von Maulbeerblättern verbessern, einschließlich radikalischer Verbindungen wie Carotinoide, Flavonoide, Moracine und anderer in den Blättern vorhandener Verbindungen [20] und ihrer TPC-Werte [21].

Die Radikalfängermethode unter Verwendung von ABTS*+ basiert auf der Abnahme des vorgeformten Radikalkations ABTS* durch Zugabe eines Antioxidans. Das Ausmaß der Entfärbung des ABTS-Chromophors, das mit einem Spektralphotometer bei 734 nm bewertet wird, ergibt das Maß für die antioxidative Aktivität der Probe [22]. Die Ergebnisse folgten dem gleichen Trend wie bei der DPPH-Radikalfängeraktivität.

Darüber hinaus wurde der FRAP-Assay verwendet, um die Fähigkeit von Antioxidantien zu untersuchen, Fe3+ auf Fe2+ zu reduzieren [23]. Die FRAP-Werte der Seidenproteinextrakte zeigten, dass diese beiden domestizierten thailändischen Seiden gleichermaßen die höchste Reduktionskraft aufwiesen (Tabellen 3 und 4), aber dass domestizierte thailändische gelbe Seide (Nangsew-Sorten) eine höhere TPC- und antioxidative Kapazität aufwies als die von Eri-Seide. Dieser Unterschied kann darauf zurückzuführen sein, dass domestizierte Seide aus bestimmten Pigmenten in ihren Fasern besteht. Die Hauptbestandteile von Seidenpigmenten sind Carotinoide und Flavonoide, die der antioxidativen Aktivität entsprechen [24]. Unterschiede der TPC- und antioxidativen Aktivität bei einigen Arten können von Faktoren wie Wirtspflanze, Umwelt, Wetter und Lebensraum abhängen.

2.6.Die Wirkung hemmender Aktivitäten gegen die Enzyme &-Amylase und α-Glucosidase

SPE hat hemmende Aktivitäten gegen die Enzyme X-Amylase und α-Glucosidase. Diese Aktivität war für die Wasserentnahme mit sechs Stunden im Vergleich zu anderen Zeiten am höchsten; es nahm bis zu 6 h zu, danach nahm es ab (Tabelle 4). Die Enzyme α-Amylase und α-Glucosidase spielen eine wichtige Rolle bei der Katalyse der Hydrolyse von Stärke in Glukose, was zur Aufnahme von Glukose aus dem Dünndarm in den Blutkreislauf führt und den Zustand des hohen Blutzuckers verringert. Viele Studien berichten, dass Pflanzen mit Flavonoidverbindungen und phenolischen Verbindungen aus vielen Heilpflanzen eine wirksame Hemmung von a-Amylase und α-Glucosidase aufweisen [25]. Einige ähnliche Substanzen, wie Myricetin, können in Cashewblättern gefunden werden. Es ist daher von Bedeutung, dass darüber hinaus SPE (Wasser oder Enzym extrahiert) aus Nangsew-Stämmen einen Gesamtflavonoidgehalt von 49 bzw. 52 mg GAE/g DW aufweist und somit eine beträchtliche hemmende Aktivität gegen die Enzyme α-Amylase und α-Glucosidase verursachen kann.

2.7.Die Wirkung der Anti-AGE-Bildungsaktivität

SPE hat die Fähigkeit der Anti-AGE-Bildungsaktivität nach der Wasserentnahme von sechs Stunden; Dies war im Vergleich zu anderen Zeiten am höchsten und nahm bis zu sechs Stunden an und nahm dann ab (Tabelle 4). AGEs bieten eine Reaktion zwischen Zucker und Protein, wodurch sich das Protein bei manchen Menschen ungewöhnlich verhält. Bei Menschen mit Diabetes, die einen bis zu 50-mal höheren Blutzucker als normale Menschen haben, führt die Wahrscheinlichkeit einer hohen Glykationsreaktion zu einer Fehlfunktion des Proteins, insbesondere bei Komplikationen bei Patienten mit Diabetes [26]. Die Anti-Glykationsfähigkeit zahlreicher Heilkräuter und Nahrungspflanzen ist vergleichbar oder sogar stärker als die von Aminoguanidin. Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Anti-Glykationsaktivität signifikant mit dem Phenolgehalt der getesteten Pflanzenextrakte korreliert [27,28]. Die SPE der Nangsew-Stämme mit Wasserextraktion nach sechs Stunden hat einen Gesamtflavonoidgehalt von 47 mg RE/g DW und auch eine beträchtliche Anti-AGEs-Bildungsaktivität (22% Hemmung).

Dieser Artikel wurde aus Molecules 2021, 26, 2033 extrahiert. https://doi.org/10.3390/molecules26072033 https://www.mdpi.com/journal/molecules